基于激发学习兴趣的“环境工程原理”课程改革与实践

张 丽，刘琼玉，杨志华

（江汉大学环境与健康学院 湖北 武汉 430056）

“两性一度”是教育部提出的金课标准，即高阶性、创新性和挑战度。这一标准从课程目标、课程内容及难易程度上都对课程教学提出了更高的要求。“高阶性”从课程目标层面要求知识能力素质的有机融合，要培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；“创新性”要求课程内容反映前沿性和时代性，教学形式呈现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；“挑战度”是指课程要有一定难度，学生需要跳一跳才能够得着，对教师备课和学生课下有较高要求。“两性一度”的金课标准已经成了高校课程建设的规范操作。

“环境工程原理”课程是教育部教指委指定的环境工程专业核心课程，该课程内容难度大、概念抽象、学科交叉性强。同时，该课程的知识具有较强的连贯性和鲜明的理论指导实践的属性。一直以来，学生普遍反映理解难度大，学习兴趣不高，严重制约了课程的“两性一度”建设。针对存在的问题，本论文以激发学生学习兴趣为切入点，有针对性地从教学内容、教学形式及考核方式等方面积极开展教学改革，以提高教学质量，提升课程的“两性一度”。

1 明确课程目标，指导课程建设

“环境工程原理”课程的主要任务是系统地阐述生态环境治理工程中具有共性的工程学基础、基本过程和基本现象及污染治理设备、工艺和工程的基本原理[1]。根据这一课程任务，结合工程专业认证和课程“两性一度”建设的要求，明确该课程的课程目标：

课程目标1：掌握质量、热量衡算原理和质量、热量传递速率方程，具备识别和分析环境污染控制和生态修复工程中涉及的具有共性的现象和过程的能力。

课程目标2：掌握分离技术原理及不同分离过程的速率方程，具备针对具体环境问题提出解决方案并展开论证的能力。

课程目标3：掌握均相、非均相反应器的设计方程，具备对相关设备展开主要工艺设计的能力。

通过上述知识的学习和能力的训练，在素质层面上要培养学生家国情怀、职业责任，使学生学会各种科学思维的方法，培养其团队意识和创新思维。从课程目标来看，该课程理论知识量大，能力和素质目标要求高，因此，亟须开展教学改革，提高教学效果。

2 分析学生学情，构建学习飞轮

从该课程的课程目标来看，该课程从知识、能力和素质目标方面都对学生提出了较高的要求。因此，课程组为落实“以学生为本”的教学理念，对学情展开认真分析，有针对性地开展教学改革。

为更好地了解学生学习状况，本课程组在网上开展了学生问卷调查，在回答“截至目前，您觉得“环境工程原理”课程难不难？”和“是什么原因导致您无法专注听讲”时，分别有63.2%和86%的学生表示内容太难。究其原因，一是本课程是我校本科生接触的第一门专业基础课，教学对象通常是大学二年级本科生，学生缺乏基本的工程经验从而给学习带来了困难；二是本课程具有较强的理论性和系统性，要求学生能完成从基础到专业、从理论到工程的过渡，达成知识和能力的融会贯通和进阶发展。针对学生学情分析，必须采取措施帮助学生克服困难，顺利完成过渡。

在企业管理中常常提到“飞轮效应”。所谓“飞轮效应”[2]是指为了使静止的飞轮转动起来，一开始必须花费很大的气力，一圈一圈反复地推，虽然每转一圈都很费力，但飞轮会转动得越来越快。当达到某一临界点后，飞轮的重力和冲力会成为推动力的一部分，此时无须再费更大的力气，飞轮依旧能快速转动，而且不停地转动。如果要构建学生的学习效应飞轮，什么是第一原动力？爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师”。如果能让学生对“环境工程原理”产生兴趣，学生就会愿意或者自发地去探究和学习。学生学习的主动性更强，就能主动思考提出更多的问题，从而对于原理的理解更清楚，分析和解决问题的能力就更强，获得的成就感更多，进而更进一步增大了学习兴趣。学习兴趣的进一步增强，能带动其他环节的运转，这一环路就构成了学生的“学习效应飞轮”。因此，本研究以增强学生学习兴趣为切入点，以兴趣为原动力，通过外力增强学生的学习兴趣，构建学生正反馈“学习效应飞轮”，最终让“学习效应飞轮”自主高速转动起来，实现“飞轮效应”。

3 增强学生兴趣，全面实施教学改革

兴趣的激发必须对症下药，熟悉感是克服畏难情绪的“良方”，成就感是持续兴趣的“灵药”。因此，课程组从教学内容入手，改进和完善了教学形式和考核方式。

3.1 厘清课程主线，构建课程逻辑框架，让学生“心中有数”

针对本课程概念和理论繁多的问题，在课程内容上进行整合，形成“一主线（污染物去除）两方面（技术和设备）三模块（原理基础、分离原理和反应工程）”的内容逻辑框架[3]。本课程内容围绕污染物高效、快速地去除，从技术方法（包括分离和转化两类）和设备设计两方面展开。技术原理的学习主要训练学生对微观过程的解析和对过程变化速率的数学表达，培养学生能识别分析主要影响因素，具备提出解决方案展开论证的能力。设备设计主要训练学生运用微分思维和衡算思维，具备开展主要工艺设计的能力，为后续专业课的学习打下理论基础。在开课之初，教师向学生介绍课程的逻辑框架，让学生了解要学习的内容和内在的逻辑，帮助学生厘清学习思路，减少学生畏难情绪。

3.2 搭建生活实历→理论学习→工程实例的递进式学习模式，消除学习陌生感

上课好比给学生讲“故事”，讲授的素材和形式是学生愿意听的重要影响因素。因此，从学生熟悉的东西入手，给予知识的熟悉感，能极大地减少学生学习的畏惧感。教师从学生熟悉的生活实例导入课程知识点，将课本里看似抽象“高大上”的理论原理，通过日常生活实例，展现给学生，构建学生的理论基石，再将理论知识迁移到工程案例，帮助学生理解理论；学生从工程案例中拓展理论知识，进而用理论知识解释生活中的现象和行为，培养运用理论分析和解决问题的能力。师生共建生活实例→理论学习→工程实例的递进式学习模式。如在讲授过滤章节，可以首先引入生活中打豆浆、过滤豆渣的经历引导学生理解表面过滤的概念，及过滤速率的影响因素。由于学生熟悉打豆浆，所以由此引出的表面过滤也不那么陌生难懂。在理解的基础上，通过播放视频让学生了解污泥脱水处理的板框压滤工艺，引导学生根据工程实际来进一步理解原理。又如在学习完热传导后，引导学生思考为什么在生活中有些地方晒被子会有拍打被子的习惯，继而引导学生解释在实际工程中为什么保温材料要用多孔材料。通过这种递进式学习模式，学生对理论知识的理解力和接受度明显提高，同时也能很好地理解理论如何指导实践。

3.3 师生共建，采用多种教学方法，不断给予学生新鲜感

目前，传统的“以教师为中心”独角戏式的教学方式已经不能适应现在教学的要求，“以学生为中心”师生共建的教学理念逐渐成为主流。

问题驱动教学法是以问题为主线，学生围绕师设计的问题，主动构建知识体系的教学方法。作为问题驱动教学法的主导者，教师可以根据教学内容，选取合适的时事热点事件和前沿报道，结合学生喜欢的短视频，提出问题，让学生在观看视频的同时聚焦问题进行思考。如讲到吸收时可以结合前沿的碳捕集技术设计问题，让学生在了解碳捕集技术的同时，进行有关吸收塔设备知识的学习。可以明显看出，这种教学方法容易激起学生的求知欲，此时教师若适当进行引导，学生的理解程度将大大加强。

项目式教学法也是近些年常用的教学方法。在项目式教学法中，可以从加强学生的参与度入手，引导学生做“生活的有心人”，发现现象，寻找问题。在此基础上，学生和教师一起设计具有一定创新性的项目，增强学生的新鲜感。同时，为了增强学生的成就感，可以将大项目分解为若干子项目，逐步推进，学生完成项目的过程就是不断“通关”的过程。逐步提升的挑战度，减少了学生初始的畏难情绪和焦虑，提高了学生阶段性完成的满足感，形成正反馈，能保证“高阶性”训练。

线上线下混合式教学是近些年出现的新的教学形式，也将是未来课程教学的主流模式之一。线上线下混合式教学不是网络资源和课堂教学的简单机械相加，而是分阶段有侧重地通过课前线上导学、课堂知识串讲和重难点讲解、课后线上复习巩固，拓宽学习时空，变“教师讲授为主”为“学生自主学习为主”的教学模式。在“环境工程原理”课程教学中，可以通过建设课程的线上资源，包括知识点短视频、工程案例视频、线上通关测试、线上讨论等，充分利用网络打破传统固定学习模式，学生可以自主利用时间完成课前预习、知识拓展和课后巩固等任务。同时，通过线上测试能使学生及时发现自己学习中存在的问题并进行调整。抽象的概念原理也可以通过工程案例视频具象化，帮助学生理解。而当这些任务通过线上解决后，课堂上教师就有了更多的时间开展高阶性训练。

此外，学生授课、翻转课堂是常用的增强学生参与度的教学手段。如针对“环境工程原理”公式繁杂的情况，可以采用学生讲例题、学生出习题等形式，充分调动学生的参与意愿，“以学生之口，解学生之惑”。“走出去，请进来”的形式，带学生走进实验室、走进企业生产现场开展学习，邀请工程师来校讲课，都是很好的激发学生学习兴趣的方式。

3.4 强化过程考核，形成正反馈

一直以来，以期末考试为主的“一考定乾坤”的考核方式很难满足能力培养的课程目标要求，也无法使学生和教师及时了解学习成果，导致学生缺乏学习动力。因此，有必要基于OBE 理念，针对课程目标设置考核内容和方式，强化过程化管理，将过程考核和终极考核相结合。过程考核包括平时课堂回答问题、微专题报告、展示交流以及线上测试等；终极考核包括期末考试和综合项目报告等。考核可以分为个人项目和团队项目。对于个人项目，可以将较大的项目进行分解，增加学生完成的意愿，使学生更容易完成。每个小任务完成后，教师要及时进行总结和点评，不断给予学生鼓励和正反馈。对于团队项目，要让学生参与讲评和打分，一方面能更好地反映学生的实际情况，同时也增加了学生的认同感。期末考试少采用死记硬背的形式，试题尽量做到理论联系实际，既让学生能动笔，又能考查学生综合运用知识的高阶性能力。

4 小结

学习的关键在于发现和探索，而学习的乐趣在于发现新事物和解决难题。因此，在“环境工程原理”课程的建设过程中，始终以激发学生的兴趣为出发点，通过厘清课程内容，丰富教与学的方法和形式，增强学生的参与感，改进考核形式，从而减少学生的畏难情绪，让学生的愿意学，在学习的过程中始终收获成就感，从而形成“飞轮效应”，达成课程目标，提升课程的“两性一度”。